Fotossíntese. Seres autotróficos produzem as moléculas orgânicas a partir de material inorgânico

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Gabriel Henrique César Galvão
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1 Fotossíntese Seres autotróficos produzem as moléculas orgânicas a partir de material inorgânico As plantas são fotoautotróficas porque usam a luz como fonte de energia para produzirem moléculas orgânicas a partir de material inorgânico. A este processo chama-se fotossíntese. Além das plantas, a fotossíntese ocorre nas algas (incluindo alguns protistas) e nalguns procariotas. Todos os tecidos verdes têm clorofila (pigmento verde), mas as folhas são os locais onde se efectua a fotossíntese por excelência. Os cloroplastos existem sobretudo nas células do mesófilo (tecido verde no interior da folhas). CO 2 ( dióxido de carbono) entra na folha e o O 2 (oxigénio) saí desta por poros microscópicos chamados estomas. Uma célula típica do mesófilo tem cerca de 30 a 40 Os Cloroplastos são os organito onde ocorre a fotossíntese. O cloroplasto é constituído por uma dupla membrana, pelo estroma, pelas membranas dos tilacóides que formam o grana e intergrana. A clorofila existe nas membranas tilacoidais.

2 A equação geral da Fotossíntese numa forma simplificada: Papel da moléculas de água na Fotossíntese A libertação do oxigénio da fotossíntese provem da água e não do dióxido de carbono A Fotossíntese é um processo redox em que a água é oxidada e dióxido de carbono é reduzido

3 A fotossíntese é um processo constituído por duas partes. A primeira parte chama-se Reacções luminosas da fotossíntese (ocorre nos tilacoides) e a segunda parte o Ciclo de Calvin (que ocorre no estroma) As reacções luminosas da fotossíntese convertem a energia solar em energia química ATP e NADPH Nestas reacções é libertado oxigénio No ciclo de Calvin é que se formam os Açúcares. Esta etapa inicia-se com a incorporação de CO 2 (fixação do carbono) Este ciclo reduz o CO 2 a hidratos de carbono por adição de electrões. O poder redutor destas reacções provem do NADPH Para se formarem os açúcares no Ciclo de Calvin é necessário também Energia que provem do ATP G3P gliceraldeído3 fosfato uma Triose fosfato.

4 Luz Solar A luz é uma forma de energia conhecida como Energia electromagnética, também chamada radiação. Além das propriedades ondulatórias (c.d.o. ou λ) a radiação electromagnética tem propriedades corpusculares, que se denominam fotões ou quanta Velocidade da luz C = 2,99x10 10 cm/seg λ = comprimento de onda da luz c.d.o. Energia de um fotão (E) c = λv E = hv h- cont. de Planck 6,62x10-34 Joules.seg v- frequência (nº de ondas por segundo) E = hc λ A energia de cada fotão é inversamente proporcional ao c.d.o. da luz. A zona do espectro da luz mais importante para a vida na Terra é a banda estreita entre 380nm e 750nm, chamada luz visível Quando a luz encontra a matéria 3 coisas podem acontecer: A luz é reflectida ou transmitida ou absorvida. As substâncias que absorvem a luz visível chamam-se pigmentos A clorofila absorve a luz vermelha e azul e transmite e reflecte a verde.

5 Quando uma molécula absorve um fotão, um dos electrões é elevado a uma orbital que tem maior potencial energético (estado excitado). Este estado é instável e a molécula tende a retomar o seu estado fundamental, no processo é emitido luz (fluorescência) e calor. A fluorescência tem c.d.o. maior e portanto menos energia que a luz que excitou o pigmento. A clorofila iluminada no seu ambiente nativo não perde a energia dos electrões pois ao pé dela existem moléculas que captam os electrões com elevada energia (aceitador primário de electrões). 1º passo da fotossíntese - a clorofila absorve um fotão passa a energia a um aceitador primário de electrões. A clorofila fica oxidada (fotooxidação da clorofila) e o aceitador fica reduzido. Fotossistema: 1- complexo antena 2- centro de reacção; 3- aceitador primário de electrões. A clorofila a e b e os carotenos existem em grande quantidade nos tilacóides, formam o complexo antena. Contudo só um par de clorofila a é que está implicado nas reacções luminosas doando os seus electrões ao aceidator primário de electrões. A localização destas moléculas de clorofila a especializadas no contexto antena denomina-se centro de reacção (reaction center).

6 Há 2 fotossistemas: O Fotossistema I o par de clorofila a do centro de reacção absorve melhor a luz de 700nm- P700 O Fotossistema II - o par de clorofila a do centro de reacção absorve melhor a luz de 680m- P680 TRANSPORTE CÍCLICO DE ELECTRÕES: O centro de reacção P700 quando absorve um fotão reduz a Ferredoxina Fd e passa o electrão a um transportador de electrões a plastoquinona. Esta passa o electrão ao complexo de citocromos. O electrão continua na sua descida redox passa pela plastocianina o último agente redox que devolve o electrão à clorofila do centro activo P700. No transporte ciclico de elctrões há a formação de ATP (fosforilação cíclica) RESUMO: Na cadeia de transporte de electrões cíclica só o fotossistema I P700 é que actua Regenera ATP Há fotofosforilação Não é produzido NADPH nem Oxigénio

7 TRANSPORTE ACÍCLICO DE ELECTRÕES (esquema em Z) O dador de electrões desta cadeia é a água. Os electrões passam através de uma série de transportadores de electrões que são progressivamente mais electronegativos. A elevada energia dos electrões provém da luz. Pheo- feofitina clorofila a desprovida de Mg é o aceitador primário de elctrões do P680 (fotossistema II) QA,QB moléculas especiais de Quinona; PQ plastoquinona; Cyst complexo de citocromos FeS - ferrosulfoproteína PC plastocianina A0 aceitador primário do P700 (fotossistema I) A1 aceitador secundário do P700 FNR- ferredoxina NADP redutase Fx, FA/FB ferrosulfoproteínas, FD- ferredoxina

8 A enzima ATP sintase O gradiente de protões, o gradiente de ph, através das membranas dos tilacoides é substâncial. Quando os cloroplastos são iluminados o ph no compartimento dos tilacoides desce a cerca de ph 5, enquanto no estroma aumenta para ph 8. Uma diferença de 3 no ph é cerca de 1000 vezes na Concentração hidrogeniónica. ph = log 1 (H+)

9 Ciclo de Calvin no estroma do cloroplasto Fixação do Carbono Gasto de Energia e reacções redox PGA ácido fosfoglicérico ou 3fosfoglicerato Formação de 1 molécula De G3P Gliceraldeído-3- Fosfato (triose fosfato) Regeneração da RuBP (ribulose bifosfato)

10 Fixação do CO 2 Enzima responsável por esta reacção Ribulose 1,5 bisfosfato Carboxilase (Rubisco) RuBP + CO2 3-ceto-2-carboxi arabinitol1,5bisfosfato 2 moléculas de 3 fosfoglicerato (PGA) 5C 1C 6 C (instável) 3 C A rubisco funciona também como oxigenase os produtos da reacção são 1 PGA e 1 Fosfoglicolato (Início de Fotorespiração) 3C 2C Em dias de sol quente e seco as folhas tem os estomas fechados, a rubisco funciona como oxigenase pois tem pouco CO2 disponível Rubisco L8S8 LSU em verde e azul SSU em amarelo e violeta LSU Subunidade grande da rubisco SSU subunidade pequena da rubisco

11 Plantas C3 e Plantas C4 Epiderme Parênquima paliçada Feixe vascular Parênquima lacunar Células guarda Estoma Folha C3 Epiderme Células do mesófilo Células da bainha do feixe Feixe vascular cloroplastos Chamam-se plantas C3 porque o primeiro composto estável após fixação do CO2 tem 3 carbonos o PGA o Fosfoglicerato. Estoma Células guarda Folha C4 Células do mesófilo Plantas C4 estão adaptadas a climas secos e quentes Células da bainha do feixe PEP- fosfoenolpiruvato Plants C4 a fixação de CO2 é feita pela PEPcarboxilase, resultando um composto com 4 carbonos o oxaloacetato e seguidamente o malato (nas cél. Do mesófilo) Nestas plantas o ciclo de Calvin funciona nas células da bainha do feixe onde o malato liberta CO2 para ser utilizado pela Rubisco

12 Fim Os vasos condutores exportam sacarose produzida nos tecidos verdes. A Respiração nas Mitocôndrias degradam cerca de 50% dos Hidratos de Carbono produzidos na fotossíntese para obter ATP. Os restantes 50% de Hidratos de carbono são convertidos em outras moléculas tais como lípidos e aminoácidos e outros hidratos de carbono como a celulose. A celulose é a molécula orgânica mais abundante das plantas e provavelmente a mais abundante na superfície do nosso planeta. O excesso de matéria orgânica é armazenado essencialmente em raízes, tubérculos, e frutos sob a forma de amido, proteínas e gorduras.

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